Vcsel-Technologie von Osram mit Potential

7.12.2018

Viele der Schlüsseltechnologien hinter den Innovationen bei mobilen Geräten, einschließlich Smartphones, Tablets und Wearables, basieren auf der umfassenden Nutzung von Licht. Dazu gehört nicht nur das sichtbare Licht wie Bildschirm- oder Blitz-Anwendungen. Gestenerkennung, Iris-Scan oder Gesichtserkennung sind nur einige Beispiele dafür, wie unsichtbares Infrarotlicht in mobilen Geräten eingesetzt werden kann. Osram Opto Semiconductors erläutert welche Rolle die Vcsel-Technologie (vertical cavity surface emitting laser) bei dieser Entwicklung spielen könnte.

Mit seiner neuen Produktfamilie Bidos präsentiert Osram Opto Semiconductors seinen ersten Vcsel. Dieser kombiniert die herausragenden technischen Eigenschaften einer IR-LED mit denen eines Lasers. Bild: Osram

Biometrische Methoden sind die zuverlässigsten und sichersten Optionen zur Benutzeridentifikation, die es heutzutage gibt. Sie sind eine Alternative zu komplexem Passwortmanagement für die Sicherheit mobiler Geräte, die Zugangskontrolle und zunehmend auch die Authentifizierung von mobilen Zahlungen und andere Transaktionen. Der Bedarf an diesen Lösungen wird dadurch verstärkt, dass die Nutzer zunehmend alle Aspekte ihres digitalen Lebens über Smartphones und mobile Geräte verwalten. Dies trägt dazu bei, dass der Entwicklungsfortschritt gerade in diesem Bereich deutlich schneller voranschreitet.

Die biometrische Analytik nutzt menschliche Charakteristika, wie spezifische Strukturen der Iris, Gesichtszüge oder Fingerabdrücke. Sensoren identifizieren diese Merkmale und vergleichen sie mit zuvor gespeicherten biometrischen Daten. Für die zuverlässige Funktion in mobilen Geräten ist Infrarotlicht erforderlich, um den Zielbereich gleichmäßig auszuleuchten. Mit der zunehmenden Miniaturisierung der Infrarot-LED-Technologie nimmt auch ihr Einsatz in mobilen und Consumer-Geräten rapide zu. Die Vcsel-Technologie ergänzt nun das Osram-Portfolio und ermöglicht die Nutzung dieser Anwendungen in einem breiteren Markt.

Die Vertical Cavity Surface-Emitting Laser (Vcsel) Technologie ist keine neue Erfindung. In der Vergangenheit wurde sie hauptsächlich zur Datenkommunikation eingesetzt. Aktuell ergeben sich eine Vielzahl an neuen Anwendungsmöglichkeiten in unterschiedlichen Märkten. Ein Vcsel strahlt das Licht senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterchips (sog. Oberflächenemitter) ab, im Gegensatz zu kantenemittierenden Laserdioden, bei denen das Licht an der Flanke des Bauteils austritt. Entscheidende Merkmale der Oberflächenemitter sind die im Vergleich zu Kantenemittern geringeren Produktionskosten und die bessere Strahlqualität bei geringerer Ausgangsleistung. Als oberflächenmontierbares Bauteil kombiniert der Vcsel sozusagen die Eigenschaften einer LED mit denen eines Lasers. Die Technologie kann auch als Vcsel-Array verwendet werden – ein Verbund von mehreren hundert oder sogar tausend Vcsels – zum Beispiel eine Platine mit 500 einzelnen Aperturen die auf lediglich 1mm x 1mm Chipfläche Platz finden. Vergleichbar mit der Montage einer normalen LED kann der Vcsel einfach ins Gehäuse geklebt werden.

Die Vcsel-Technologie eignet sich besonders für Anwendungsbereiche bei Smartphones, Drohnen und AR/VR-Geräten, bei denen eine Hochgeschwindigkeitsmodulation von Vorteil ist. 3D-Sensoranwendungen wie die Gesichtserkennung, insbesondere für Endverbrauchergeräte, werden als wichtige Markttreiber angesehen. Nach Schätzungen von LEDinside lag der globale Markt für Infrarot-Laserprojektoren für mobile 3D-Sensorik im Jahr 2017 bei 246 Millionen US-Dollar und wird bis 2020 auf rund 1.953 Milliarden US-Dollar wachsen.

Bei Mobilgeräten findet die 3D-Sensorik Anwendung für Structured Light und Time of Flight (ToF) Messungen. Eines der neuesten Smartphone-Modelle verwendet strukturiertes Licht und sein Punktprojektor erzeugt mehrere zehntausend Infrarot (IR)-Lichtpunkte auf dem Gesicht. Anschließend empfängt eine Infrarotkamera das vom Gesicht reflektierte Licht, um eine dreidimensionales Abbild des Gesichts zu erzeugen.

Weitere Anwendungsgebiete sind Autofokus- und Näherungsfunktionen in Kameras, insbesondere in Smartphone-Kameras. 3D-Sensorik wird aber auch bei Augmented (AR) und Virtual Reality (VR) Lösungen integriert, beispielsweise in Smart Glasses, zukünftigen Smartphones und anderen mobile Geräten, einschließlich Drohnen.

Aufgrund ihrer breiten Palette an Vorteilen, wie sehr geringer Platzbedarf, relativ niedrige Kosten, optischer Wirkungsgrad, geringer Stromverbrauch, Wellenlängenstabilität und hohe Modulationsraten, könnte die Vcsel-Technologie der Schlüssel zu einem breiteren Einsatz von Anwendungen wie der 3D-Sensorik im Massenmarkt sein.

Obwohl die Technologie viele Vorteile gegenüber bereits verwendeten Alternativen bietet, ist sie nicht für alle Segmente die beste Lösung. Sie sollte daher als eine Erweiterung der Optionen über Infrarot- und anderen lichtbasierten Technologien betrachtet werden. Um Kunden und Verbrauchern bei der Auswahl der für jeden Anwendungsbereich am besten geeigneten Lösung zu unterstützen, ergänzen führende Anbieter von optoelektronischen Komponenten ihr Portfolio an Infrarot-(IR)-Technologie mit Vcsel-Lösungen.



 

Themen-Special

Aktuelle Ausgabe der HIGHLIGHT
HIGHLIGHT 11/12 2018 - November / Dezember



RSS

HIGHLIGHT WEB | Braugasse 2 | D-59602 Rüthen | highlight(at)huethig.de